一種深水鉆井隔水管力學行為模擬試驗裝置及試驗方法
【專利摘要】本發明涉及油氣鉆井領域，特別是深水鉆井領域，提供一種深水鉆井隔水管力學行為模擬試驗裝置及試驗方法。其特征在于：它包括主體結構、載荷施加與控制系統、數據采集與處理系統三個子系統；模擬試驗管柱依次連接試件連接頭與加載連接桿與引線連接桿，兩端安裝加長桿卡塊后放置在端部支撐環與主缸筒端蓋內，最后通過端部卡箍固定承壓主缸筒與主缸筒端蓋；載荷施加裝置安裝在承載骨架上一并放入承壓主缸筒內，并對管柱試件施加所需的模擬載荷，其控制引線與加載管路均通過引線連接桿與載荷施加與控制系統相連；傳感器安裝在試件上，其測試引線通過密封塞與數據采集與處理器連接。
【專利說明】
一種深水鉆井隔水管力學行為模擬試驗裝置及試驗方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種管柱力學行為模擬試驗裝置，特別是一種應用于海洋深水鉆井領域的隔水管力學行為模擬試驗裝置及試驗方法。
【背景技術】
[0002]鑒于石油資源特別是陸上資源的日漸枯竭，深水無疑將是未來全球石油戰略接替的重點之一。隨著海洋鉆井技術的不斷提高，海洋石油勘探開發己從常規水深(小于500m)向深水(500m-1500m)和超深水(大于1500m)發展，深水油氣田的開發正在成為世界石油工業的主要增長點和世界科技創新的前沿。國外的深水鉆井技術發展速度很快，深水鉆完井裝備的設計能力與配套水平較高，鉆井水深記錄不斷被刷新，相比較而言，我國深水石油勘探開發技術與國外技術的差距很大，己經成為制約我國深水油氣開發的瓶頸之一。鉆井隔水管是深水鉆井過程中的關鍵設備，是海底井口與鉆井船之間最脆弱、最重要的連接，隨著海洋鉆井向深水和超深水發展，鉆井隔水管結構更加復雜，服役環境更為惡劣，除受到軸向拉壓、內壓、外擠等作業載荷外，還會受到橫向的海流力、波浪力與平臺偏移等一系列復雜的環境荷載，會產生磨損、斷裂、擠毀等不同形式的失效。為確保隔水管安全作業，除了對隔水管進行理論的分析以外，考慮到隔水管在加工制造方面的誤差及缺陷，用模擬試驗方法得到其在外載作用下的應力應變規律，進而對隔水管力學行為進行分析、校核管柱的強度是否滿足工作條件，是確保海洋鉆采作業安全快速進行的有效措施。
【發明內容】
[0003]針對上述問題，本發明提供一種可模擬深水條件下，對深水鉆井隔水管在承受內外壓、軸向力及橫向力作用下的力學行為進行模擬的試驗裝置及試驗方法，
[0004]為實現上述目的，本發明采取以下技術方案:一種深水鉆井隔水管力學行為模擬試驗裝置及試驗方法，其特征在于:該試驗裝置由主體結構、載荷施加與控制系統、數據采集與處理系統三個子系統組成。
[0005]所述主體結構由承壓主缸筒、模擬試驗管柱、試件連接頭、加載連接桿、引線連接桿、加長桿卡塊、軸向加載環、端部支撐環、主缸筒端蓋及端部卡箍組成。
[0006]所述載荷施加與控制系統有承載骨架、載荷施加裝置、控制加載系統及其連接安裝附件組成。
[0007]所述數據采集與處理系統由應變式傳感器、測試引線、數據采集與處理器組成。
[0008]所述模擬試驗管柱依次連接試件連接頭、加載連接桿及引線連接桿，兩端安裝加長桿卡塊后放置在端部支撐環、軸向加載環及主缸筒端蓋內，最后通過端部卡箍固定承壓主缸筒與主缸筒端蓋。
[0009]所述加載連接桿及引線連接桿與軸向加載環、端部支撐環、主缸筒端蓋之間以及主缸筒端蓋與端部支撐環、主缸筒端蓋之間均存在密封圈。
[0010]所述加載連接桿軸向與徑向開有若干連接通孔，各個通孔分別與液壓加載管接頭相連，提供液壓加載通道。
[0011]所述引線連接桿軸向與徑向開有若干連接通孔，各個通孔分別于液壓加載管接頭及引線密封塞相連，提供液壓加載通道及測試引線引出通道。
[0012]所述主缸筒端蓋有加載孔，并通過液壓管接頭與加載與控制系統相連。
[0013]所述端部支撐環上有加載孔連接液壓管接頭并與加載連接桿及引線連接桿上的管接頭相連通。
[0014]所述承載骨架由由端部卡塊、軸向定位塊及承載骨架主體組成，載荷施加裝置安裝在承載骨架上一并放入承壓主缸筒內，對管柱試件施加所需的模擬載荷，并可根據實驗需要安裝多個載荷施加裝置。
[0015]所述載荷施加裝置內部安裝壓力及位移傳感器，其控制引線與加載通道分別通過引線連接桿引出后與載荷施加與控制系統及數據采集系統相連。
[0016]所述應變式傳感器安裝在模擬試件上，測試引線通過密封塞與數據采集與處理器連接。
【附圖說明】
[0017]下面結合附圖進一步詳細說明本發明
[0018]圖1是深水鉆井隔水管力學行為模擬試驗裝置示意圖；
[0019]圖2是模擬試驗管柱總成示意圖；
[0020]其中，1、承壓主缸筒2、模擬管柱試件3、端部卡箍4、端部卡塊5、承載骨架主體
6、液壓伺服加載缸7、軸向定位塊8、主缸筒端蓋9、軸向力加載管接頭10、連接桿管接頭
11、加長桿卡塊12、密封圈13、軸向加載環14、密封圈15、密封圈16、密封圈17、端部支撐環18、外壓加載孔19、連接桿管路20、加載連接桿21、試件連接頭22、密封塞23、加載控制線24、加載控制線25、測試傳感器26、測試引線27、引線連接桿
【具體實施方式】
[0021](I)將模擬管柱試件2與試件連接頭21連接，測試傳感器25安裝在模擬管柱試件2上，并將測試傳感器25與測試引線26連接；將密封圈12與密封圈14安裝在軸向加載環13上，將密封圈16安裝在端部支撐環13上；
[0022](2)分別連接加載連接桿20與端部支撐環11上的連接桿管路19 ;將加長桿卡塊11安裝在加載連接桿20上，并將已連接好的模擬管柱試件2與試件連接頭21連同加載連接桿20及端部支撐環11 一起安裝在8主缸筒端蓋上；
[0023](3)將端部卡箍3安裝在主缸筒端蓋8與承壓主缸筒I上；將端部卡塊4放入承壓主缸筒I內，并讓端部卡塊4與軸向定位塊7靠緊，并將安裝有伺服控制閥及加載控制線23與加載控制線24的載荷施加裝置6安裝在承載骨架主體5上后與軸向定位塊7 —起安裝在承壓主缸筒I內；
[0024](4)將所有測試引線26、所有加載控制線23以及加載控制線24通過引線密封塞22后引出主缸筒，加載控制線23與加載控制線24連接控制加載系統，測試引線連接數據采集與處理器；
[0025](5)連接引線連接桿27與端部支撐環11上的連接桿管路19，并將端部支撐環17、軸向加載環13、加長桿卡塊11連接到引線連接桿27后放置在承壓主缸筒I內；將另一端的端部卡箍3安裝在主缸筒端蓋8與承壓主缸筒I上，主體結構安裝完成；
[0026](6)安裝軸向力加載管接頭9與連接桿管接頭10，并通過液壓管路連接到液壓加載系統；打開外壓加載孔18，向承壓主缸筒內栗入液體，當液體灌滿承壓主缸筒時，將一端外壓加載孔18關閉，其中一個外壓加載孔18連接到液壓加載系統上，用于模擬管柱試件受到的外壓；
[0027](7)通過連接在加載連接桿20上的連接桿管接頭10向管柱內腔打壓，用于模擬管柱試件受到的內壓；
[0028](8)通過軸向力加載管接頭9與連接桿管接頭10分別向主缸筒端蓋8與軸向加載環13形成的環形空間以及軸向加載環13與端部支撐環17形成的環形空間打壓，用于模擬管柱試件受到的軸向力；
[0029](9)向連接加載連接桿20及載荷施加裝置6的液壓管路打壓，用于模擬管柱試件受到的橫向作用力；
[0030](10)將在數據采集及處理器上獲得的應變數據進行處理，獲得模擬試驗管柱2的應力應變規律，進而對其力學行為進行分析。
[0031]以上所述僅為本發明示意性的【具體實施方式】，并非用以限定本發明的范圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應屬于本發明保護的范圍。
【主權項】
1.一種深水鉆井隔水管力學行為模擬試驗裝置及試驗方法，其特征在于:該系統有主體結構、載荷施加與控制系統系統、數據采集系統三個子系統組成。2.如權利要求1所述一種深水鉆井隔水管力學行為模擬試驗裝置及試驗方法，其特征在于:所述主體結構由承壓主缸筒、模擬試驗管柱、試件連接頭、加載連接桿、引線連接桿、加長桿卡塊、軸向加載環、端部支撐環、主缸筒端蓋及端部卡箍組成。3.如權利要求1-2所述的一種深水鉆井隔水管力學行為模擬試驗裝置及試驗方法，其特征在于:所述模擬試驗管柱及安裝在承載骨架上的載荷施加裝置一并放置在承壓主缸筒內，通過載荷施加裝置對管柱施加試驗所需的模擬載荷，載荷施加控制線引出承壓主缸筒后與控制加載系統連接，測試引線連接應變式傳感器后與數據采集與處理器連接。4.如權利要求1-3所述的一種深水鉆井隔水管力學行為模擬試驗裝置及試驗方法，其特征在于:所述連接試件連接頭、加載連接桿及引線連接桿，兩端安裝加長桿卡塊后放置在端部支撐環、軸向加載環及主缸筒端蓋內，最后通過端部卡箍固定承壓主缸筒與主缸筒端至ΠΠ ο5.如權利要求1-4所述的一種深水鉆井隔水管力學行為模擬試驗裝置及試驗方法，其特征在于:所述加載連接桿軸向與徑向開有若干連接通孔，各個通孔分別與液壓加載管接頭相連，提供液壓加載通道。6.如權利要求1-5所述的一種深水鉆井隔水管力學行為模擬試驗裝置及試驗方法，其特征在于:所述引線連接桿軸向與徑向開有若干連接通孔，各個通孔分別于液壓加載管接頭及引線密封塞相連，提供液壓加載通道及測試引線引出通道。7.如權利要求1-6所述的一種深水鉆井隔水管力學行為模擬試驗裝置及試驗方法，其特征在于:所述端部支撐環上有加載孔連接液壓管接頭并與加載連接桿及引線連接桿上的管接頭相連通。8.如權利要求1-7所述的一種深水鉆井隔水管力學行為模擬試驗裝置及試驗方法，其特征在于:所述載荷施加裝置安裝在承載骨架上一并放入承壓主缸筒內，對管柱試件施加所需的模擬載荷，并可根據實驗需要安裝多個載荷施加裝置。
【文檔編號】G01N3/12GK105890999SQ201510247129
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年5月15日
【發明人】房軍, 王宴濱, 高德利
【申請人】中國石油大學(北京)